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Estações de Docagem: avanços tecnológicos e o seu impacto no futuro dos veículos autónomos que exploram o oceano

16 novembro 2020

Artigo de Nuno Mathias, engenheiro naval no INEGI


Os veículos autónomos subaquáticos (em inglês, Autonomous Underwater Vehicle ou AUV) são um recurso valioso para um vasto leque de aplicações. Desde as ciências, tanto nas exatas quanto nas humanidades, à área comercial, para determinação de locais de mineração ou para a futura instalação de estruturas offshore, não perdendo de vista a área militar, para controlo fronteiriço e remoção de dispositivos explosivos ou incendiários.

Porém, seja qual for a sua missão, a certo ponto estes veículos têm de retornar para recarregar baterias. Uma limitação especialmente problemática quando o objetivo é percorrer grande distâncias para explorar as profundezas do oceano.

Obstáculos tecnológicos limitam exploração subaquática

Com o advento da Revolução Industrial e do Iluminismo, aliado ao aparecimento do método científico, gerou-se na comunidade científica um interesse acrescido no conhecimento da fauna e da flora mundial, bem como dos fenómenos geológicos das massas terrestres. E foi este interesse que impulsionou a criação de novos artefactos agrícolas, industriais e de transporte. Contudo, ao contrário do seu homólogo terrestre, os oceanos preservam a sua componente de mistério e desconhecimento. O conhecimento humano limita-se, em grande parte, aos fenómenos que ocorrem à superfície, estimando-se que cerca de 95% das profundezas do oceano estejam inexploradas1.

A impossibilidade de observar diretamente o fundo do oceano está muitas vezes associada a limitações técnicas, nomeadamente às elevadas pressões e temperaturas baixas, relacionadas com a coluna de água e baixa incidência solar, que impedem uma presença humana direta.  

Estes obstáculos levaram os engenheiros Stan Murphy e Bob François da Universidade de Washington a desenvolver o primeiro veículo autónomo subaquático em 19572, ao que seguiu o primeiro veículo remotamente operado (em inglês Remotely Operated Vehicle ou ROV), desenvolvido pela marinha estadunidense na década de 19603. Os seus propósitos originais eram distintos, no entanto convergiam na necessidade de explorar com maior afinco e precisão os diferentes mares. A grande diferença entre ambos prende-se com a necessidade de possuir um cabo umbilical (caso dos ROVs) ou ser completamente autónomo (caso dos AUVs).

Estações de docagem são resposta ao desafio da autonomia

Os veículos autónomos subaquáticos usados hoje, mais de cinquenta anos depois, têm uma autonomia de apenas algumas horas4, e, tal como os automóveis elétricos, estão limitados a algumas milhas náuticas. Criar postos de recarga e transmissão de dados é, portanto, crucial para alargar a utilização desta tecnologia emergente.

Neste contexto surgem na linha da frente do desenvolvimento tecnológico estações de serviço, denominadas estações de docagem (em inglês, docking stations), para transferência de dados e carregamento de baterias. A necessidade de descarregar dados é igualmente importante, para que o processamento em terra possa tornar claros os padrões medidos e determinar novas missões.

Estas podem estar localizadas ao longo de toda a coluna de água, desde a superfície, ao fundo, passando por suspensas ou rebocáveis. A maioria das estações de docagem destacam-se pela sua forma cónica e uma adesão puramente mecânica por via de pinos, estando, contudo, limitados a uma só geometria e dimensão de AUV. O seu preço de fabrico é ainda elevado e a sua maturidade tecnológica baixa, pelo que a margem de progresso no que remete ao desenvolvimento é ampla.  

Outro problema frequentemente associado a estações de docagem está relacionado com o posicionamento preciso do AUV. Este desafio torna-se particularmente complexo na presença de AUVs com um sistema de propulsão longitudinal, pois o erro associado, derivado da presença de correntes e de imprecisão dos equipamentos instalados, impede uma correta docagem à primeira, fazendo com que o AUV tenha que proceder a uma série de tentativas para docar corretamente, muitas vezes gerando danos consideráveis ao seu casco. Assim, torna-se necessário que AUVs e estações de docagem se desloquem para um meio ponto comum, a fim de permitir uma mais rápida e fiável implementação de tecnologia no fundo marinho por longas extensões de tempo.

Os desafios impostos à robótica submarina são igualmente desafios assumidos pelo INEGI. Esses desafios levaram a um interesse particular no desenvolvimento tecnológico recente da robótica submarina, no que remete a estações fixas para monitorização continua de um local fixo, bem como a estações de docagem, para o aumento da autonomia de veículos e transferência de dados.

Inovação tecnológica abre caminho à recarga autónoma em alto mar

Perante a emergência deste desenvolvimento, o INEGI destacou-se, por via dos seus conhecimentos em projeto mecânico, análise hidrodinâmica e análise estrutural, no desenvolvimento de uma estação fixa, modular e capaz de servir múltiplos usos, com capacidade de inserir um vasto payload para monitorização oceânica (no âmbito do projeto AMALIA). Destaca-se igualmente o desenvolvimento de uma estação de docagem para AUVs capaz de prestar serviço a 4 geometrias de AUV diferentes, bem como solucionar o desafio da precisão da docagem do AUV (INTENDU).

Este último altera significativamente o paradigma associado às estações de docagem, pois permite albergar AUVs com dimensões standard, bem como corrigir divergências no posicionamento do mesmo, por via de um design disruptivo capaz de se alinhar com as correntes e um sistema de fixação capaz de combater imprecisões locais.

O desenvolvimento tecnológico de soluções para o ambiente subaquático, por via da criação de estações de docagem, representa uma abordagem mais eficiente para um problema conhecido, permitindo, assim, gerar mais conhecimento do meio. Esta abordagem permite igualmente que empresas possam, num futuro breve, capacitar-se de novas ferramentas capazes de gerar dados precisos, permitindo assim abrir novos horizontes ao nível da ciência, da economia de mercado e da defesa, e gerar um maior valor acrescentado para si e para os seus associados.

Para tal, é fundamental dar continuidade ao investimento em I&D+I para que o desenvolvimento tecnológico possa servir e acrescentar conhecimento a um mundo até agora desconhecido.



1. The Ocean Portal Team. The Deep Sea | Smithsonian Ocean Portal. (2016).

2. Widditsch, H. R. SPURV-The First Decade. APL-UW 7215, Appl. Phys. Lab. Univ. Washingt. (1973).

3. Robison, B. H. The Coevolution of Undersea Vehicles and Deep-Sea Research. Mar. Technol. Soc. J. 33, 65–73 (1999).

4. AUVAC. Configurations - AUVAC. Available at: http://auvac.org/explore-database/advanced-search. (Accessed: 22nd June 2018)